Der Beschuß einer Festkörperoberfläche mit energetischen Teilchen (Atome, Ionen oder Cluster) führt zu einer Vielzahl elementarer Wechselwirkungen auf mikroskopischer Ebene. Beim Aufprall auf die Oberfläche überträgt das einfallende Teilchen Energie durch Stöße auf das Target und regt zudem das elektronische System an. Die übertragene Energie breitet sich im Target aus und führt zu einer Erhöhung der kinetischen Energie (Geschwindigkeit, Temperatur) der betroffenen Targetatome. Breitet sich diese Energie über Stoßkaskaden bis an die Oberfläche aus, so kann es zur Emission von Atomen oder Clustern kommen (Zerstäubung, Sputtering). Wird viel Energie im Target deponiert, kann es zu Defekten (Leerstellen, Zwischenatomen) kommen. Die Oberfläche des Targets kann sich sehr stark verändern. So können sich z.B. Adatome bilden oder es kann zu regelrechten Kratern kommen.
In den letzten Jahren wurde eine ganze Reihe von Simulationsstudien zu diesen Interaktionen von Clustern mit Oberflächen durchgeführt. Über die Ergebnisse von Cluster-Deposition [1], -Implantation [2], Schadenserzeugung im Kristall [3], Targeterosion (sputtering) [4] und den induzierten Änderungen in der Oberflächentopographie [5] gibt es detaillierte Veröffentlichungen.
Diese Arbeit befaßt sich mit Gold als metallischem Target. Es werden verschiedene Potentiale verwendet und verglichen, die das Gold beschreiben. Die inelastischen Atom-Elektron-Kopplungen werden bei allen Potentialen vernachlässigt (vgl. Anhang A).
Studiert wird die Kraterbildung in Goldtargets durch hochenergetischen (16 keV) (Au)4 - Beschuß. Hierzu werden die Druckverhältnisse und Atomgeschwindigkeiten visualisiert und analysiert. Auf diese Art kann die zeitliche Entwicklung der Krater und Kraterwölbungen sehr gut nachvollzogen werden (vgl. Kapitel 3). Diese Ergebnisse sind für Materialwissenschaftler sehr interessant, die die Eigenschaften von Metallen für verschiedene Einsatzmöglichketien prüfen. Zum Grundlagenverständnis sind die Studien der Wechselwirkungen von Clustern mit Oberflächen, sowie die Kraterbildung von Interesse, Experimentatoren [6] haben die Möglichkeit die statistischen Daten auf ihre Ergebnisse zu beziehen.
Weiterhin wird der Beschuß eines im Vakuum befindlichen sphärischen Goldclusters mit einem 100 keV Goldatom simuliert und die Winkel- und Energieverteilungen sowie die Zerstäubungsausbeuten analysiert (vgl. Kapitel 4).
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Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Werkzeuge
- Vorhandene Werkzeuge
- Potential
- Druckdetektoren
- Cluster-, Energie- und Winkeldetektoren
- Mittelungsprogramme
- Erweiterung von 'Bucky Ball'
- Parallelisierung des Programmes 'impact'
- Clusterbeschuß von Au (111)
- Motivation
- Modell
- Übersicht
- Yield
- Phasen der Einzelevents
- Einfluß der Ränder
- Zusammenfassung
- Freier Clusterbeschuß
- Motivation
- Modell
- Übersicht
- Fälle der Einzelevents
- Statistische Daten
- Zusammenfassung
- Beschuß einer cluster-bedeckten Goldoberfläche
- Motivation
- Modell
- Übersicht
- Fälle der Einzelevents
- Statistische Auswertung
- Zusammenfassung und Ausblick
- Abhebestudie
- Motivation
- Modell
- Übersicht
- Phasen der Einzelevents
- Statistische Daten
- Zusammenfassung
- Zusammenfassung
- Verwendete Potentiale
- Die Potentiale von Colla
- Das Potential von Nordlund
- Übersicht Potentiale
- Druckberechnung
- Herleitung
- Prüfung der Druckformeln
- Parallelisierung
- Konzept
- Effizienz
- Literaturverzeichnis
- Eigene Veröffentlichungen
- Danksagung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Simulation des Ionen- und Clusterbeschusses von Goldtargets mithilfe der Molekulardynamik (MD). Ziel ist es, die physikalischen Prozesse, die bei diesen Beschussvorgängen auftreten, zu untersuchen und das Verhalten von Goldclustern unter verschiedenen Bedingungen zu analysieren.
- Kraterbildung in Goldtargets durch hochenergetischen (Au)4-Beschuss
- Zerstäubungseffekte beim Beschuss freier Goldcluster mit einem 100 keV Goldatom
- Verhalten von Goldclustern auf einem Goldsubstrat unter Beschuss
- Abheben von Goldclustern vom Substrat durch Energiedeposition in der Substratoberfläche
- Vergleich verschiedener Potentiale, die das Verhalten von Gold beschreiben
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 3 untersucht die Kraterbildung in einem rechteckigen Goldtarget beim (Au)4 16 keV-Beschuss der (111) Oberfläche. Die Analyse der zeitlichen Phasen gibt Aufschluss über die Bildung der Krater und Kraterwölbungen.
Kapitel 4 befasst sich mit dem Beschuss von freien Goldclustern mit einem 100 keV Goldatom. Die Simulationen zeigen, dass die Cluster je nach deponierter Energie unterschiedlich stark zerstäuben. Die Clusterverteilung folgt einem polynomialen Gesetz, die Energieverteilungen können an eine Thompsonverteilung mit einem zusätzlichen Beitrag für die thermische Evaporation angepasst werden.
Kapitel 5 analysiert das Verhalten von Goldclustern auf einem Goldsubstrat unter Beschuss. Die Simulationen zeigen, dass die Cluster je nach Energiedeposition im Cluster oder Substrat unterschiedlich stark zerstört werden. Die intakte Desorption des Clusters konnte in diesem Kapitel nicht nachgewiesen werden.
Kapitel 6 untersucht die Möglichkeit des Abhebens von Goldclustern vom Substrat durch Energiedeposition in der Substratoberfläche. Die Simulationen zeigen, dass das Abheben des Clusters bei einer deponierten Energie von 3 eV pro Atom möglich ist. Die Translationsenergie und die innere Energie des abhebenden Clusters steigen linear mit der deponierten Energie.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Molekulardynamik, den Ionen- und Clusterbeschuss von Goldtargets, die Kraterbildung, die Zerstäubung, die Clusterverteilung, die Energieverteilung, die Winkelverteilung, die Abhebestudie und den Vergleich verschiedener Potentiale.
- Arbeit zitieren
- Rolf Kissel (Autor:in), 2000, Zerstäubung von Gold bei hoher Energiedeposition, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/120
